Insekter tog fart, da de udviklede vinger

Udviklingen af ​​vinger gjorde det ikke kun muligt for ældgamle insekter at blive de første skabninger på Jorden til at tage til himlen, men også drev deres fremgang til at blive en af ​​naturens store succeshistorier, ifølge en ny undersøgelse.

Omfatter op til 10 millioner levende arter, insekter i dag kan findes på alle syv kontinenter og bebor alle tænkelige terrestriske niche. Men ifølge fossiloptegnelsen, de var sjældne før omkring 325 millioner år siden, i undertal af deres leddyrfætre, spindlerne (edderkopper, skorpioner og mider) og myriapoder (tusindbenede og tusindben).

Det ældste bekræftede insektfossil er et vingeløst, sølvfisk-lignende væsen, der levede for omkring 385 millioner år siden. Det er først omkring 60 millioner år senere, i en periode af jordens historie kendt som Pennsylvanian, at insektfossiler bliver rigelige.

"Der har været en del mystik omkring, hvordan insekter først opstod, fordi du i mange millioner år ikke havde noget, og så lige pludselig en eksplosion af insekter, " sagde undersøgelsens første forfatter Sandra Schachat, en kandidatstuderende ved Stanford's School of Earth, Energi- og miljøvidenskab (Stanford Earth).

Mange ideer er blevet foreslået for at forklare denne mærkværdige lakune i insekternes fossiler, som videnskabsmænd har døbt Hexapod Gap.

Ifølge en populær hypotese, insekternes størrelse og overflod var begrænset af mængden af ​​tilgængelig ilt i Jordens atmosfære i den sene Devonperiode.

Det stærkeste bevis for denne teori er en model af atmosfærisk oxygen i løbet af de sidste 570 millioner år, som den afdøde Yale-geolog Robert Berner udviklede ved at sammenligne forholdet mellem oxygen og kulstof i gamle klipper og fossiler.

Ifølge Berners model, det atmosfæriske iltniveau for omkring 385 millioner år siden under starten af ​​Hexapod Gap var under 15 procent, så lavt, at naturbrande ville have været uholdbare. (Til sammenligning, nutidens atmosfæriske iltkoncentration er omkring 21 procent.)

En anden mulighed er, at insekter var rigelige før 323 millioner år siden, men du må ikke dukke op i fossiloptegnelsen, fordi den slags terrestriske sedimenter, der er i stand til at bevare dem, ikke overlevede.

Ingen undskyldninger

I den nye undersøgelse, offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Royal Society Proceedings B, Schachat og hendes kolleger testede begge disse argumenter - at lav ilt begrænsede insekter, eller at klipperne ikke var rigtige til at bevare fossiler. Først, holdet opdaterede Berners næsten årti gamle model ved hjælp af opdaterede kulstofregistreringer.

Da de gjorde dette, dykket i atmosfærisk ilt under det sene Devon forsvinder. "Hvad denne undersøgelse viser er, at miljøhæmning af lavt iltindhold kan udelukkes, fordi det ikke er kompatibelt med de mest aktuelle data, " sagde studiemedforfatter og Stanford Earth-palæontolog Jonathan Payne.

For at teste "bad rocks"-hypotesen, holdet analyserede en offentlig database over nordamerikanske stentyper for forskellige perioder i Jordens historie og fandt intet usædvanligt ved sedimenterne fra det sene Devon. "Klipperne kunne have indeholdt insektfossiler. Det faktum, at de ikke indikerer mangel på insekter i denne periode, er reelt og ikke kun en artefakt af uheld med bevarelse, " sagde Schachat, som også er fellow ved Smithsonian Institution i Washington, DC.

En transformerende effekt

Ikke alene ser de to mest populære forklaringer på Hexapod-gabet ud til at være ubegrundede, videnskabsmændene sagde, at en undersøgelse af insektets fossiler antyder, at selve Hexapod-gabet kan være en illusion.

Som en del af den nye undersøgelse, holdet genundersøgte de gamle insektfossiler og fandt ingen direkte beviser for vinger før eller under Hexapod Gap. Men så snart vinger dukker op for 325 millioner år siden, insektfossiler bliver langt mere talrige og mangfoldige.

"De fossile optegnelser ser præcis ud, som du ville forvente, hvis insekter var sjældne, indtil de udviklede vinger, på hvilket tidspunkt de meget hurtigt voksede i mangfoldighed og overflod, " sagde Payne.

Schachat sagde, at det er bemærkelsesværdigt, at de første to vingede insekter i fossiloptegnelsen er et guldsmede-lignende insekt og et græshoppe-lignende insekt. Disse repræsenterer de to hovedgrupper af vingede insekter:guldsmede har "gamle vinger, "som de ikke kan folde ned på deres underliv, og græshopper har "nye vinger, " som er foldbare.

"De første to vingede insekter i fossiloptegnelsen er omtrent så forskellige fra hinanden, som du overhovedet kunne forvente, " sagde Schachat. "Dette tyder på, at engang opstod vingede insekter, de varierede meget, meget hurtigt. Så hurtigt, at deres diversificering viser sig, fra et geologisk perspektiv og de tilgængelige beviser i fossiloptegnelsen, at have været øjeblikkelig."

Nye nicher

At være det første og eneste dyr, der kunne flyve, ville have været ekstremt kraftfuldt. Flugten gav insekter mulighed for at udforske nye økologiske nicher og gav nye måder at undslippe. "Lige pludselig, din overflod kan stige, fordi du bare kan komme væk fra dine rovdyr så meget lettere, " sagde Schachat. "Du kan også spise de blade, der er i toppen af ​​et træ uden at skulle gå op i hele træet."

Flyvende insekter kunne også skabe nicher, der ikke eksisterede før. "Forestil dig et altædende insekt, der flyver til toppen af ​​træer for at fodre, " sagde Schachat. "Pludselig, der er en niche for et rovdyr, der kan flyve til toppen af ​​træet for at spise det insekt. Vinger gjorde det muligt for insekter at udvide rækken af ​​nicher, der kan fyldes. Det var virkelig revolutionerende."

Mens den nye undersøgelse forbinder udviklingen af ​​flugt med insekters ascension, det rejser nye spørgsmål om, hvordan og hvorfor de udviklede vinger i første omgang, sagde studiemedforfatter Kevin Boyce, en lektor i geologiske videnskaber ved Stanford Earth. "I Devon, der var kun nogle få insekter, alle vingeløse, " sagde Boyce. "Men du kommer ud på den anden side, og vi har flugt. Hvad skete der imellem? Godt spørgsmål."